ICH-Linearmotor - Bild: Kollmorgen

Die ls Antrieb wird von einem ICH-Linearmotor synchron zur Produktionsgeschwindigkeit positioniert. Bild: Kollmorgen

Die Ansprüche an eine Tube sind im wahrsten Sinne des Wortes vielschichtig. So stellt das in Singen am Bodensee ansässige Unternehmen Breyer Maschinenfabrik mittlerweile Anlagen her, die Tubenschläuche aus bis zu sieben Schichten produzieren. Technisch umgesetzt wird das Ganze mit einem ausgefeilten Verbund von der entsprechenden Zahl an Extrudern, die ihr jeweiliges Material mit Temperaturen bis circa 250 Grad Celsius präzise dosiert in die Formdüse abgeben. Der noch weiche Schlauch wird dann durch einen Kalibrator gezogen, erhält dort mit Unterstützung eines Vakuums seinen endgültigen Querschnitt und kühlt gleichzeitig in einem feinen Wassernebel ab. Die neue Generation der Topline-Serie produziert dank eines neu konzipierten Motion-Control-Systems bis zu 300 Tubenrohlinge pro Minute.

mit AKM-Servomotoren angetriebene Messer - Bild: Kollmorgen
Das mit AKM-Servomotoren angetriebene Messer arbeitet mit exakt geregelten Fliehkräften. Jede Tempoabweichung zwischen Produkt und Werkzeug muss verhindern werden. Bild: Kollmorgen

Mit welcher Geschwindigkeit die Tubenrohlinge produziert werden, hängt vom Tempo der Abzugsraupe ab, die den erstarrten Schlauch aus der Kalibrierung zieht und damit als Master den Ton angibt. Hierbei ist zu beachten, dass dickere Tubenwände eine längere Zeit für das Abkühlen benötigen als dünne. Die Raupe gehört funktional zur Schneideinheit, die das kontinuierlich geförderte Endlosmaterial in einem taktenden Prozess in präzise Abschnitte zerlegt. Dieses Maschinenmodul arbeitet mit drei Kollmorgen-Servoantrieben in einem synchronisierten Mehrachsverbund. Dem Raupentempo folgen zwei weitere Antriebe, die den Kunststoffschlauch auf die gewünschte Länge schneiden. Hierbei übernimmt ein ICH-Linearmotor von Kollmorgen die Positionierung des Schneidmessers synchron zur herrschenden Geschwindigkeit des Produktes. Er bringt den von einem AKM-Servomotor angetriebenen Schneidkopf vor jedem Schnitt in Position und führt diesen während des Schneidens nach. Kollmorgen hat die ICH-Baureihe so konstruiert, dass sie im Dauerbetrieb Vorschubkräfte zwischen 175 und 5341 N (Spitzenkraft mehr als 12000 N) liefert. Der Geschwindigkeitsbereich liegt zwischen langsamen 1 μm/s und schnellen 5 m/s mit Beschleunigungen je nach Baugröße zwischen 3 und 10 G. Feinheiten im Design reduzieren das Cogging auf ein Minimum – ein wesentlicher Aspekt für hohe Regelungsgüte, die gerade in Verpackungsprozessen gefragt ist.

Motion Controller PCMM und Servoverstärkern AKD - Bild: Kollmorgen
Die Kombination aus Motion Controller PCMM und Servoverstärkern AKD bildet bei Breyer einen kompakten und leistungsstarken Motion-Control-Verbund. Bild: Kollmorgen

Jede noch so kleine Tempoabweichung zwischen Produkt und Werkzeug würde unweigerlich zu einem Spiralschnitt führen. „Unsere Kunden schätzen die TopLine wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und vor allem Präzision“, erklärt Andreas Bauknecht, Mitarbeiter der Entwicklungsabteilung bei Breyer. Die Kunden sind in erster Linie Packmittelhersteller, die ihrerseits die Produzenten von Pflegemitteln und Kosmetik mit fertigen Tuben beliefern – und die sind sehr genau, weil ihre Produkte auch wegen des Aussehens gekauft werden. Eine wesentliche Grundlage, um eine Tube hochwertig zu bedrucken, ist die Qualität des Tubenrohlings. „Größere Toleranzen machen das Druckbild schlechter“, berichtet der Entwicklungsleiter. Breyer legt mit Toleranzen von +/- 0,03 Millimetern im Durchmesser, von 0,3 Millimetern in der Länge und 0,02 Millimetern bei der Gesamtschichtdicke und Exzentrität die Messlatte an Präzision ganz hoch.

Tempo und Präzision

Mehr Möglichkeiten für die Motion Control

fertig geschnittene Tubenrohlinge - Bild: Kollmorgen
Die fertig geschnittenen Tubenrohlinge müssen exakt geschnitten sein, damit sie sich später präzise bedrucken und weiterverarbeiten lassen. Bild: Kollmorgen

Mit der neuen Motion-Control-Lösung kann das Unternehmen die fein aufeinander abgestimmten Prozesse weiter optimieren. Den Kopf des Mehrachs-Servo-Systems bildet die Motion-Control-Steuerung PCMM von Kollmorgen. Das kompakte Gerät steuert die drei Servoregler vom Typ AKD und steht selbst per Profinet mit der übergeordneten Siemens-SPS in Verbindung. Für das Erstellen der Bewegungsprofile, beispielsweise in Gestalt elektronischer Kurvenscheiben, kommt die Kollmorgen Automation Suite (KAS) zum Einsatz. Die grafische Programmierlösung nutzt dafür den standardbasierten Ansatz von PLCopen for Motion sowie das modulare Drag-and-Drop des Kollmorgen Pipe Network. Im Vergleich zur vorhergehend eingesetzten Servoantriebstechnik auf Basis der Kollmorgen Servoregler S700 bietet der aktuelle Stand der Technik mehr Optimierungsmöglichkeiten. Und die Engineering-Umgebung innerhalb der Kollmorgen Automation Suite (KAS) macht den Weg frei, die Schnitte nicht nur positionsabhängig zu setzen, sondern auch druckmarkengesteuert. aru